Круче «Интерстеллара»: NASA показало визуализацию падения в чёрную дыру

Инженеры NASA построили визуализацию процессов, происходящих при падении в сверхмассивную чёрную дыру или приближении к горизонту событий. В опубликованном видео с панорамным обзором можно рассмотреть все замысловатые артефакты, которые наблюдал бы человек, находясь на месте виртуальной камеры.

Симуляция создана в двух видах. В одном случае камера показывает приближение к сверхмассивной чёрной дыре, виток вокруг неё и пересечение горизонта событий. Это зона невозврата, которую ничто уже покинуть не может. В другом случае условный путешественник приближается к горизонту событий, но не пересекает его.

Эта работа объединяет сложную математику теории относительности с реальными эффектами, наблюдаемыми во Вселенной. Поскольку человек не может приблизиться к чёрной дыре, такие чётко смоделированные визуализации позволяют проверить некоторые гипотезы и увидеть невидимое.

Для создания визуализации использовался суперкомпьютер Discover в Центре моделирования климата NASA. Было собрано около 10 терабайт данных. Работа компьютера заняла пять дней. Обычному среднему ноутбуку для просчёта потребовалось бы больше десяти лет.

В качестве модели использовалась чёрная дыра массой 4,3 миллиона солнечных. Такая находится в центре нашей галактики Млечный путь. Горизонт событий смоделированного объекта простирается на 25 миллионов километров. Чёрную дыру окружает горячее облако светящегося газа, то есть аккреционный диск. Это своеобразный визуальный ориентир во время падения.

Также видны светящиеся структуры, называемые фотонными кольцами. Они формируются ближе к чёрной дыре из света, который огибает её по несколько раз. Можно увидеть и искажённый звёздный фон.

Отправная точка в видео находится в 640 миллионах километров от чёрной дыры. По мере приближения окружающий мир и всё, что находится в поле зрения, искажаются, потому что свет проходит через искривлённое пространство-время.

В режиме реального времени камере потребовалось бы около 3 часов, чтобы достичь горизонта событий. По пути она совершила бы почти два полных витка. Как только камера пересекает горизонт событий, до её разрушения остаётся всего 12,8 секунды.

В альтернативном сценарии с приближением к горизонту событий, но без его пересечения камера двигается по орбите. Если бы условный астронавт совершил шестичасовой полёт по ней, а потом вернулся к своим коллегам, находящимся вдали от чёрной дыры, он бы оказался моложе них на 36 минут. Похожий эффект с ускорением и замедлением времени был наглядно показан в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар».